DE102011111529B4

DE102011111529B4 - Process and apparatus for the catalytic, regenerative and thermal oxidation of combustible constituents in exhaust gases resulting from sorptive treatment of biogas

Info

Publication number: DE102011111529B4
Application number: DE102011111529.7A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: WOITKOWITZ, SIEGFRIED, DE
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2016-03-17
Anticipated expiration: 2031-09-01
Also published as: DE102011111529A1

Abstract

Verfahren zur katalytischen, regenerativen und thermischen Oxydation von brennbaren Bestandteilen in bei einer sorptiven Aufbereitung von Biogas entstehenden Abgasen mit einem Methangehalt bis 3 Vol.-%, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Das feuchte, aus dem Sorptionsprozess der Biogasaufbereitung ankommende Abgas 1 wird mit einem Teil des heißen, weitgehend gereinigten Gemischabgases 3 mit Temperaturen von 800–1000°C vermischt, um ein weiteres Gemischabgas 2 mit einer relativen Feuchte von 70% zu erhalten und dieses anschließend durch eine Regeneratorsäule FR mit den in Reihenfolge folgenden Inhalten: eine Ein- oder Ausströmkammer SR, eine Generatorschüttung R1 für eine erste Erwärmung des Gemischgases, eine Katalysatorschicht C1 als eine erste Oxydationsstufe bei Temperaturen von 250–400°C und eine weitere Generatorschüttung R2 für eine weitere Erwärmung des Gemischgases bis 800–1000°C zu führen, um eine weitere Oxydation im autothermen Betrieb durchführen und dadurch einen Grenzwert von 50 mgC/Nm3 unterschreiten zu können; b) das nun weitgehend gereinigte Abgas wird in eine angeschlossene Brennkammer NK mit einer Verweilzeit von 1 s geleitet, um dort eine weitere Oxydation durchzuführen, sofern gelegentlich eine geringe Schadstoffkonzentration vorliegt und daher nur eine schwache Verbrennung stattfinden kann, wobei die erforderliche Energie zur Erhaltung der Temperaturen 800–1000°C durch einen mit Biogas 11 betriebenen Brenner B zugeführt wird und gleichzeitig ein Teil 3 des weitgehend gereinigten Abgases der Brennkammer NK entnommen und dem ungereinigten Abgas 1 zugemischt wird; c) zur Wärmerückgewinnung und zu einer weiteren Reinigung durchströmt das Gemischabgas eine zweite mit der Brennkammer NK verbundenen Regeneratorsäule FL mit den gleichen Inhalten wie bei der Regeneratorsäule FR und in der Reihenfolge bestehend aus einer Generatorschüttung R4 zur Wärmeaufnahme, einer Katalysatorschicht C2 im Temperaturbereich 250–400°C zur Reduzierung des Schadstoffgehaltes unter 20 mgC/Nm3, einer weiteren Generatorschüttung R3 zur weiteren Wärmeaufnahme und schließlich einer Aus- oder Einströmkammer SL, aus der das gereinigte Abgas 4 abgeführt und durch einen Kamin E ins Freie geleitet wird; d) nach einer Periode von 2 Min. wird das Gemischabgas durch die beiden Regeneratorsäulen für 20 s umgewälzt, um eine Reinigung des dort enthaltenen Gemischabgases zu erreichen, sodann werden die Funktionen der Regeneratorsäulen FR und FL vertauscht, sodass das Gemischabgas 2 zunächst in die Generatorsäule FL gelangt und als gereinigtes Abgas 4 die Generatorsäule FR mit einer Temperatur von 90°C verlässt.Process for the catalytic, regenerative and thermal oxidation of combustible constituents in exhaust gases produced during sorptive treatment of biogas with a methane content of up to 3% by volume, characterized by the following features: a) The moist exhaust gas 1 arriving from the sorption process of the biogas treatment is combined with a portion of the hot, largely purified mixture exhaust gas 3 with temperatures of 800-1000 ° C mixed to obtain a further mixture exhaust gas 2 having a relative humidity of 70% and this then by a regenerator column FR with the following order of content: a or outflow chamber SR, a generator bed R1 for a first heating of the mixture gas, a catalyst layer C1 as a first oxidation stage at temperatures of 250-400 ° C and another generator bed R2 for further heating of the mixture gas to 800-1000 ° C to lead carry out a further oxidation in autothermal operation n and thereby be below a limit of 50 mgC / Nm3; b) the now largely purified exhaust gas is passed into a connected combustion chamber NK with a residence time of 1 s to perform there further oxidation, if occasionally a low pollutant concentration and therefore only a weak combustion can take place, the energy required to maintain the Temperatures 800-1000 ° C is supplied by a burner B operated with biogas 11 and at the same time a part 3 of the largely purified exhaust gas of the combustion chamber NK removed and the unpurified exhaust gas 1 is mixed; c) for heat recovery and for further purification flows through the mixture exhaust gas a second connected to the combustion chamber NK regenerator FL with the same contents as in the regenerator column FR and in the order consisting of a generator bed R4 for heat absorption, a catalyst layer C2 in the temperature range 250-400 ° C for reducing the pollutant content below 20 mgC / Nm3, another generator charge R3 for further heat absorption and finally an outflow or inflow SL, from which the purified exhaust gas 4 is discharged and passed through a chimney E to the outside; d) after a period of 2 min, the mixture exhaust gas is circulated through the two regenerator columns for 20 s to achieve purification of the mixture exhaust gas contained therein, then the functions of the regenerator columns FR and FL are reversed, so that the mixture exhaust gas 2 first into the generator column FL passes and leaves the generator column FR at a temperature of 90 ° C as purified exhaust gas 4.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur katalytischen; regenerativen und thermischen Oxydation von brennbaren Bestandteilen (Schadstoffen) in Abgasen, insbesondere in solchen Abgasen, die bei einer sorptiven Aufbereitung von Biogas entstehen.The invention relates to a method and a device for catalytic; Regenerative and thermal oxidation of combustibles (pollutants) in exhaust gases, in particular in such exhaust gases, which arise in a sorptive treatment of biogas.

Eine sorptive Aufbereitung umfasst Absorption- oder Adsorptionseinrichtungen, hauptsächlich zur Entfernung des im Biogas enthaltenen Kohlendioxyds, um den Methangehalt von ursprünglich 50–70% Vol.-% auf deutlich über 90 Vol.-% zu erhöhen. Das Produktgas erreicht dann die Endgasqualität und kann in ein Erdgasnetz eingespeist werden.Sorptive treatment includes absorption or adsorption facilities, mainly for removing the carbon dioxide contained in the biogas, in order to increase the methane content from originally 50-70% vol.% To well over 90 vol.%. The product gas then reaches the final gas quality and can be fed into a natural gas network.

Beide Prozesse Absorption und Adsorption setzen bei der Regenration mit Kohlendioxyd angereicherte Abgase frei, die noch schädliche Bestandteile wie Methan CH₄ (sog. Methanschlupf), Schwefelwasserstoff H₂S, Ammoniak NH₃, Kohlenoxysulfid COS und ebenso Kohlenwasserstoffe enthalten. Diese Bestandteile müssen entweder umgewandelt oder aus dem Abgas entfernt werden, um die gesetzlichen Grenzwerte einzuhalten zu können, (z. B. für Gesamtkohlenwasserstoffe 50 mgC/Nm³). Eine nachgeschaltete Abgasreinigung ist daher unerlässlich.Both absorption and adsorption processes release carbon dioxide-enriched waste gases during regeneration, which still contain harmful components such as methane CH ₄ (so-called methane slip), hydrogen sulfide H ₂ S, ammonia NH ₃ , carbon oxysulfide COS and also hydrocarbons. These components must either be converted or removed from the flue gas in order to comply with the legal limits (eg for total hydrocarbons 50 mgC / Nm ³ ). A downstream exhaust gas purification is therefore essential.

Nach dem Stand der Technik können die bereits erwähnten Bestandteile des Abgases durch Einsatz von Chemikalien teilweise selektiv oder als Verbindung entfernt werden, oder auf thermischen Wege in Oxyde umgewandelt werden. Speziell bei den Abgasen aus einem Absorptionsprozess ist zu beachten, dass die bei der Regeneration der Waschlösung entstehenden und mit CO₂ angereicherten Abgase mit Wasserdampf gesättigt sind. Hier müssen besondere Maßnahmen gegen eine Kondensatbildung getroffen werden, um einer Korrosionsgefahr begegnen zu können.According to the state of the art, the abovementioned constituents of the exhaust gas can be removed, partly selectively or as a compound, by the use of chemicals, or converted into oxides by thermal means. Especially with the exhaust gases from an absorption process, it should be noted that the exhaust gases produced during the regeneration of the scrubbing solution and enriched with CO ₂ are saturated with water vapor. Here special measures against condensation must be taken in order to counteract a risk of corrosion can.

Eine selektive oder chemische Trennung betrifft vor allem H₂S in Verbindung mit adsorptiven Verfahren, um die dort eingesetzten Molekularsiebe (z. B. Zeolithe) schonen zu können. Bekannt hierfür sind z. B. die biologische Entschwefelung über einen Biowäscher, die Bindung mit Eisenoxyd zu Eisensulfid und die Adsorption an mit Kaliumcarbonat imprägnierter Aktivkohle.A selective or chemical separation relates in particular to H ₂ S in conjunction with adsorptive processes in order to protect the molecular sieves used there (eg zeolites). Known for this purpose are, for. As the biological desulfurization of a bioscrubber, the bond with iron oxide to iron sulfide and the adsorption on potassium carbonate impregnated activated carbon.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2008 016 248 A1 beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von Schwefelwasserstoff aus Biogas mittels eisenhaltigen Reinigungsmaterials über das Zwischenprodukt Eisensulfid, welches danach durch Sauerstoff oxydiert wird. Eine chemische Entfernung der Schadstoffe kann auch in einen Absorptionsprozess zur Aufbereitung von Biogas integriert werden. Über einen solchen Prozess wird in der Offenlegungsschrift DE 103 56 276 A1 in Verbindung mit der Reinigung von Kohlendioxyd von störenden Begleitstoffen berichtet, wobei die chemische Behandlung während einer Druckgaswäsche erfolgt.The publication DE 10 2008 016 248 A1 describes a process for the removal of hydrogen sulfide from biogas by means of iron-containing cleaning material on the intermediate iron sulfide, which is then oxidized by oxygen. A chemical removal of pollutants can also be integrated into an absorption process for the treatment of biogas. About such a process is in the published patent application DE 103 56 276 A1 reported in connection with the purification of carbon dioxide from interfering impurities, wherein the chemical treatment takes place during a Druckgaswäsche.

Neben Aktivkohle können andere Absorbenzien, die auch katalytische Eigenschaften aufweisen, zur Schadstoffadsorption und eventuell zu einer späteren Oxydation eingesetzt werden. Die Offenlegungsschrift DE 10 2006 062 652 A1 beschreibt die Einrichtung einer mit Radiowellen beheizten Zeolith-Schüttung, angeordnet zwischen zwei Elektroden. Mitgeteilte Versuchsergebnisse sollen die Brauchbarkeit dieser Einrichtung nachweisen.Besides activated carbon, other absorbents, which also have catalytic properties, can be used for pollutant adsorption and possibly for subsequent oxidation. The publication DE 10 2006 062 652 A1 describes the installation of a radio wave heated zeolite bed arranged between two electrodes. Reported test results should demonstrate the usefulness of this device.

Chemische und adsorptive Verfahren sind naturgemäß mit einem deutlichen Verbrauch an Basisstoffen (Aktivkohle, Zeolithe, Eisen- oder Aluminiumverbindungen) verbunden. Dazu kommen noch die Komplexität dieser Prozesse und der recht hohe Methanverlust. Absorptive Verfahren können erst bei hohen Drücken eine ausreichende Reinigungswirkung erzielen, was jedoch einen recht hohen Energieverbrauch bedingt.Chemical and adsorptive processes are naturally associated with a significant consumption of basic substances (activated carbon, zeolites, iron or aluminum compounds). Add to that the complexity of these processes and the very high methane loss. Absorptive processes can only achieve a sufficient cleaning effect at high pressures, but this requires quite a high energy consumption.

Die thermische und katalytische Nachverbrennung wurde bisher überwiegend in Produktionsprozessen eingesetzt. Als Brennstoff oder Hilfsbrennstoff dient häufig Erdgas. Ergibt sich hierbei ein Wärmeüberschuss, was in der Regel der Fall ist, muss Wärme ausgekoppelt werden. Ohne Nutzung der überschüssigen Wärme ist sonst mit hohen Betriebskosten zu rechnen. Generell ist eine Auskopplung der Wärme in Betriebsbereichen ohne eine zentrale Wärmeversorgung problematisch (Gleichzeitigkeit der Nutzung und Erzeugung, Angepasste Wärmeströme, Redundanz etc.).The thermal and catalytic afterburning has hitherto been used predominantly in production processes. As fuel or auxiliary fuel is often used natural gas. If this results in a heat surplus, which is usually the case, heat must be decoupled. Without using the excess heat otherwise high operating costs can be expected. In general, a decoupling of the heat in operating areas without a central heat supply is problematic (simultaneity of use and generation, adjusted heat flows, redundancy, etc.).

Eine Möglichkeit zur Wärmeauskopplung aus einer Nachverbrennung zur Versorgung einer Biogasanlage wird in der europäischen Patentanmeldung EP 1 634 946 A1 mitgeteilt. Dabei soll die Nachverbrennung in einem Warmwasserkessel stattfinden, welcher Wärme für die vorgeschaltete Biogasanlage zur Verfügung stellt. Der hier formulierte Verfahrensanspruch zur Wärmeauskopplung ist allerdings auch in der Offenlegungsschrift DE 10 2008 046 879 A1 enthalten. Letztere schlägt vor, das unbehandelte Abgas zunächst in einem Gärrestlager zu sammeln und dieses zur Inertisierung zu verwenden.One possibility for heat extraction from an afterburner to supply a biogas plant is in the European patent application EP 1 634 946 A1 communicated. The post-combustion should take place in a hot water boiler, which provides heat for the upstream biogas plant available. However, the method claim for heat extraction formulated here is also in the published patent application DE 10 2008 046 879 A1 contain. The latter proposes to first collect the untreated exhaust gas in a fermentation residue storage and to use this for inerting.

Die rekuperative d. h. interne Nutzung der bei der Verbrennung entstehende Wärme ist im Prinzip möglich, erfordert jedoch sehr große Wärmeübertragungsflächen, verursacht durch den niedrigen Wärmedurchgangskoeffizienten bei der Wärmeübertragung Rohgas gegen Reingas. Außerdem werden bedingt durch hohe Temperaturen bis 1000°C hochwertige Werkstoffe benötigt. Die hohen Temperaturen können allerdings für eine chemische Schadstoffentfernung genutzt werden. Ein Beispiel hierfür ist das in der Offenlegungsschrift DE 10 2010 027 332 A1 vorgestellte Verfahren zur Entfernung von siliciumorganischen Verbindungen in zwei Festbetten, die Aluminiumoxid enthalten. Dort erfolgt im mittleren Temperaturbereich eine Umwandlung in Siliciumoxyd oder in Silicate. Im höheren Temperaturbereich ist eine Nachverbrennung vorgesehen. Danach wird in Wärmetauschern Wärme vom Reingas an das Rohgas abgegeben.The recuperative ie internal use of the heat generated during combustion is possible in principle, but requires very large heat transfer surfaces, caused by the low heat transfer coefficient in the heat transfer raw gas against clean gas. In addition, due to high temperatures up to 1000 ° C high quality materials are needed. The high temperatures However, they can be used for chemical pollutant removal. An example of this is in the published patent application DE 10 2010 027 332 A1 presented methods for the removal of organosilicon compounds in two fixed beds containing alumina. There, in the medium temperature range, a conversion into silicon oxide or silicates takes place. In the higher temperature range afterburning is provided. Thereafter, heat is released from the clean gas to the raw gas in heat exchangers.

Bei sauerstofffreien Abgasen, wie bei Abgasen aus einer Biogasaufbereitung können für eine nachfolgende Verbrennung Brenngase, z. B. Erdgas, zugesetzt werden. Die Patentschrift DE 10 208 037 418 B3 beschreibt ein solches Verfahren. Die hierbei erzeugte Wärme muss wiederum ausgekoppelt werden.In the case of oxygen-free exhaust gases, such as exhaust gases from a biogas treatment, combustion gases, e.g. As natural gas, are added. The patent DE 10 208 037 418 B3 describes such a method. The heat generated in this case must be decoupled again.

Eine regenerative Wärmerückgewinnung bei der Behandlung von Abgasen wurde bisher nur für spezielle Anwendungen vorgeschlagen, z. B. für oxydierbare Schwelgase in der Patentschrift DE 196 11 226 C1 . In der dort beschriebenen Vorrichtung sind 2 Regeneratoren mit einer dazwischen angeordneten Heizzone vorgesehen. Diese Regeneratoren werden periodisch betrieben und sind mit einer Pufferzelle verbunden, die nach jedem Umschaltvorgang das teilweise noch ungereinigte Abgas aufnimmt und dem betreffenden aufgeladenen Generator zugeführt. Die Pufferzelle hat also die Funktion, dass kein ungereinigtes Abgas nach außen gelangen kann. Ansonsten wären 3 Regeneratoren erforderlich, um ausschließlich gereinigtes Abgas auszustoßen. Der Vorteil, mit nur 2 Regeneratoren auszukommen, wird allerdings durch Einbau dieser Pufferzelle und eines zusätzlichen Gebläses zur Rückführung des ungereinigten Abgases erkauft.Regenerative heat recovery in the treatment of exhaust gases has hitherto been proposed only for specific applications, e.g. B. for oxidizable carbonization in the patent DE 196 11 226 C1 , In the device described there, 2 regenerators are provided with an intermediate heating zone. These regenerators are operated periodically and are connected to a buffer cell, which receives the partially still unpurified exhaust gas after each switching operation and fed to the relevant charged generator. The buffer cell thus has the function that no unpurified exhaust gas can escape to the outside. Otherwise, 3 regenerators would be required to eject only purified exhaust gas. The advantage of using only two regenerators, however, is paid for by installing this buffer cell and an additional blower for returning the unpurified exhaust gas.

Eine weitere spezielle Anwendung mit einer regenerativen und einer rekuperativen Stufe zur Entstickung von mit organischen Stoffen beladenen Rauchgasen wird in der österreichischen Patentanmeldung AT 507 773 A4 beschrieben, wobei in der regenerativen Stufe eine Oxidation von organischen Stoffen und CO unter vorheriger Zufuhr eines Brennstoffs wie Erdgas durchgeführt wird. Danach erfolgt eine katalytische Entstickung unter vorheriger Zugabe von Ammoniak. Demnach ist es zur Durchführung des Verfahrens erforderlich, einen Brennstoff zuzuführen.Another special application with a regenerative and a recuperative stage for denitrification of laden with organic substances flue gases is in the Austrian patent application AT 507 773 A4 described, wherein in the regenerative stage, an oxidation of organic matter and CO is carried out with the prior supply of a fuel such as natural gas. This is followed by catalytic denitration with the prior addition of ammonia. Thus, to carry out the process, it is necessary to supply a fuel.

Weitere bekannte Schriften betreffen thermische und regenerative Verfahren zur Reinigung von organisch belasteten Abgasen ohne eine Quantifizierung der betreffenden Abgase. So offenbart die amerikanische Patentschrift US 2003 0 202 928 A1 ein Verfahren und die zugehörige Vorrichtung einer regenerativen thermischen Oxidation von organisch belasteten Abgasen unbekannten Ursprungs, bei dem die Temperatur des zu reinigenden Abgases durch Zugabe von heißem, gereinigten Abgas aus einer Kammer und über eine Leitung erhöht wird, jedoch gibt die Schrift keine Hinweise darauf, das Verfahren zur Reinigung von Abgasen bei der Biogaserzeugung anzuwenden. Eine andere amerikanische Patentschrift US 005 810 581 A beschreibt das Zumischen von bereits gereinigten, heißen Abgasen zu dem zu reinigenden Abgas. Auch diese Schrift handelt allgemein von belasteten Luftströmen und nicht speziell von Abgasen bei der Biogaserzeugung. Desweiteren wird, wie auch bei der zuvor erwähnten US-Patentschrift nur auf die regenerative, thermische Oxidation und nicht auf die katalytische Oxidation, Bezug genommen.Other known documents relate to thermal and regenerative processes for the purification of organically polluted exhaust gases without quantification of the respective exhaust gases. Thus, the American patent publication US 2003 0 202 928 A1 a method and the associated apparatus of a regenerative thermal oxidation of organically polluted exhaust gases of unknown origin, in which the temperature of the exhaust gas to be cleaned is increased by adding hot, purified exhaust gas from a chamber and via a conduit, however, the document gives no indications that to apply the process for the purification of waste gases in the biogas production. Another American patent US 005 810 581 A describes the mixing of already cleaned, hot exhaust gases to the exhaust gas to be cleaned. This document also deals generally with polluted air streams and not specifically exhaust gases in biogas production. Furthermore, as in the aforementioned U.S. Patent, reference is only made to regenerative thermal oxidation and not to catalytic oxidation.

Durch die vorangegangenen Ausführungen lässt sich insgesamt feststellen, dass die nach dem Stand der Technik verfügbaren Verfahren deutliche Nachteile aufweisen, vor allem in Bezug auf den Energiebedarf und auf die Komplexität der Verfahrensführung.Overall, it can be seen from the above statements that the methods available according to the prior art have distinct disadvantages, in particular with regard to the energy requirement and the complexity of the process control.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung mit folgenden Merkmalen zur katalytischen; regenerativen und thermischen Oxydation von brennbaren Bestandteilen (Schadstoffen) in Abgasen zu schaffen:

– Autothermer Betrieb, daher keine Wärmeauskoppelung erforderlich.
– Einsatz von nur 2 Regeneratoren, keine Pufferzelle erforderlich.
– Unterbindung von Kondensationsvorgängen bei feuchten Abgasen zur Vermeidung von Korrosion.
– Erreichung sehr niedriger Schadstoffkonzentrationen unter 20 mgC/Nm³ im Abgas.
– Keine Verwendung von Rekuperatoren.
– Kompakter Aufbau mit wenigen Komponenten, Vorrichtung anschlussfertig integrierbar in einen Container

The invention is based on the object, a method and an apparatus having the following features for the catalytic; regenerative and thermal oxidation of combustibles (pollutants) in exhaust gases:

- Autothermal operation, therefore no heat extraction required.
- Use of only 2 regenerators, no buffer cell required.
- Suppression of condensation processes with moist exhaust gases to prevent corrosion.
- Achieving very low pollutant concentrations below 20 mgC / Nm ³ in the exhaust gas.
- No use of recuperators.
- Compact design with few components, device can be integrated ready for connection in a container

Diese Aufgabe wird nach den Ansprüchen 1 und 5 gelöst.This object is achieved according to claims 1 and 5.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung werden zur Oxydation von brennbaren Bestandteilen (Schadstoffen) in Abgasen, die bei einer sorptiven Aufbereitung von Biogas entstehen, eingesetzt.The inventive method and the device according to the invention are used for the oxidation of combustible constituents (pollutants) in exhaust gases, which arise in a sorptive treatment of biogas.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, das feuchte ungereinigte Abgas zunächst mit einem Teil des heißen bereits weitgehend gereinigten Abgases zu vermischen und dann das entstehende Gemischabgas in der Reihenfolge erst durch eine erste Regeneratorschüttung zur Vorwärmung, danach durch eine Katalysatorschicht zur Schadstoffumwandlung und anschließend durch eine zweite Regeneratorschüttung zu einer weiteren Vorwärmung zu führen, wobei in der zweiten Schüttung eine weitere Schadstoffumwandlung aufgrund der hohen Temperaturen stattfindet und somit das Gemischabgas in der Regel die Grenzwerte für die Schadstoffe unterschreitet. In der nachfolgenden Brennkammer ist ein Brenner vorgesehen, welcher bei Temperaturunterschreitung eingeschaltet wird. Aus dieser Brennkammer wird nun ein kleinerer Teil des weitgehend gereinigten Abgases abgezogen und dem ankommenden frischen und feuchten Abgas zugesetzt, um eine ausreichend hohe Temperatur gegen eine Taupunktunterschreitung zu erreichen. Nach der Brennkammer durchströmt der größere Teil des weitgehend gereinigten Abgases zur Wärmerückgewinnung und für eine weitere Schadstoffreduzierung zuerst eine dritte Regeneratorschüttung, gefolgt von einer zweiten Katalysatorschicht und anschließend einer vierten Regeneratorschüttung. Am Austritt ist das Abgas bis auf eine sehr geringe Schadstoffkonzentration gereinigt und wird über einen Kamin abgeführt. Nach einer bestimmten Umschaltperiode wird der Regenerator/Katalysator-Betrieb umgeschaltet, d. h. vom Gemischabgas werden zuerst die vierte Regeneratorschüttung gefolgt von der zweiten Katalysatorschicht und der dritten Regeneratorschüttung durchströmt, der sich dieselbe Brennkammer mit Brenner anschließt. Die Durchströmung setzt sich dann durch die zweite Regeneratorschüttung, die erste Katalysatorschicht und die erste Regeneratorschüttung fort, wobei die Funktionen der Wärmerückgewinnung und Schadstoffreduzierung übernommen werden. Vor jedem Umschaltvorgang wird das Abgas für eine kurze Zeit durch alle Regeneratoren und Katalysatoren umgewälzt, um einen Austritt eines nur teilweisen gereinigten Abgases zu vermeiden.The essential idea of the invention is first to mix the moist unpurified exhaust gas with a portion of the already largely purified exhaust gas and then the resulting mixture exhaust gas in order first by a first regenerator to preheat, then through a catalyst layer for pollutant conversion and then through a second Regeneratorschüttung to another To carry out preheating, wherein in the second bed further pollutant conversion takes place due to the high temperatures and thus the mixture exhaust gas usually falls below the limits for the pollutants. In the following combustion chamber, a burner is provided, which is turned on when temperature falls below. From this combustion chamber now a smaller portion of the largely purified exhaust gas is withdrawn and added to the incoming fresh and moist exhaust gas to reach a sufficiently high temperature against dew point. After the combustion chamber, the greater part of the largely purified exhaust gas for heat recovery and for further pollutant reduction flows through first a third Regeneratorschüttung, followed by a second catalyst layer and then a fourth Regeneratorschüttung. At the outlet, the exhaust gas is purified to a very low pollutant concentration and is discharged through a chimney. After a certain switching period, the regenerator / catalyst operation is switched, ie the mixture exhaust gas flows through first the fourth Regeneratorschüttung followed by the second catalyst layer and the third Regeneratorschüttung, which joins the same combustion chamber with burner. The flow then continues through the second Regeneratorschüttung, the first catalyst layer and the first Regeneratorschüttung, taking over the functions of heat recovery and emission reduction. Before each switching operation, the exhaust gas is circulated for a short time through all the regenerators and catalysts to prevent leakage of only partially purified exhaust gas.

Weitere vorteilhafte Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Ansprüchen 2 bis 4 hervor.Further advantageous features of the method according to the invention will become apparent from the claims 2 to 4.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt man eine Vorrichtung nach Anspruch 5.To carry out the method according to the invention, use is made of a device according to claim 5.

Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass zwei Schüttungssäulen mit jeweils zwei Regeneratorschüttungen und einer dazwischen liegenden Katalysatorschicht über eine Brennkammer inklusive Brenner miteinander verbunden sind, wobei diese Schüttungssäulen über Klappensteuerungen periodisch vom Abgas in beiden Richtungen durchströmt werden, und dass die Brennkammer zwei Öffnungen zur Rückführung eines Teiles des weitgehend gereinigten Abgases besitzt, welches mit dem gereinigten Abgas vermischt wird. Die Ein- und die Ausströmkammern der Schüttungssäulen sind jeweils mit zwei Klappen verbunden, die nach jedem Umschaltvorgang das Einströmen des Gemischgases in die Schüttungssäulen und das Ausblasen des Reingases aus den Schüttungssäulen ermöglichen, wobei die Auslässe für das gereinigte Abgas mit einem Kamin verbunden sind. Die Förderung aller Abgase erfolgt vorteilhaft durch ein einziges Gebläse, auf dessen Saugseite die Vermischung eines Teils des weitgehend gereinigten Abgases mit dem feuchten, ungereinigten Abgas stattfindet.The embodiment of the device according to the invention provides that two bedstocks each having two Regeneratorschüttungen and an intermediate catalyst layer via a combustion chamber including burners are connected to each other, these bedding columns are periodically flowed through flap controls from the exhaust gas in both directions, and that the combustion chamber two openings for Returning a portion of the largely purified exhaust gas has, which is mixed with the purified exhaust gas. The inlet and the outflow chambers of the bed columns are each connected to two flaps, which allow after each switching the inflow of the mixture gas into the bed columns and the blowing of the clean gas from the bed columns, the outlets for the purified exhaust gas are connected to a chimney. The promotion of all exhaust gases is advantageously carried out by a single blower, on the suction side, the mixing of part of the largely purified exhaust gas with the moist, unpurified exhaust gas takes place.

Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehen aus den Ansprüchen 6 bis 9 hervor.Further advantageous features of the device according to the invention will become apparent from the claims 6 to 9.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to illustrative drawings.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens 1 a schematic representation of the device according to the invention for carrying out the method

2 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens 2 a flow chart of the method according to the invention

3 eine perspektivische Darstellung für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 3 a perspective view of a preferred embodiment of the device according to the invention.

In den Zeichnungen werden die Stoffströme und ihre Strömungskanäle (Leitungen) mit Zahlen und die Einzelkomponenten mit Buchstaben bezeichnet.In the drawings, the streams and their flow channels (lines) are denoted by numbers and the individual components by letters.

Gemäß 1 findet die Reinigung des feuchten Abgases 1 in einer rechten Schüttungssäule FR und in einer linken Schüttungssäule FL statt, wobei diese durch eine Brennkammer NK mit einem eingebauten Gasbrenner B verbunden sind. Das feuchte Abgas 1 vermischt sich mit der heißen und weitgehend gereinigten Abgas 3 zu einem Gemischabgas 2, welches von einem Gebläse G1 angesaugt und in einer ersten Phase über die geöffnete Klappe K1 in die Einströmkammer SR der rechten Schüttungssäule FR gefördert wird. Dort wird das Gemischabgas in einer ersten Generatorschüttung R1 vorgewärmt, um anschließend in die direkt darüber angeordnete Katalysatorschicht C1 zu gelangen. Hier erfolgt eine teilweise oxydative Umsetzung der Schadstoffe statt. Danach durchströmt das Gemischabgas eine weitere, direkt oberhalb der Katalysatorschicht C1 angeordnete Regeneratorschüttung R2, um höhere Temperaturen zu erreichen und dabei eine weitere Oxydation der Schadstoffe zu bewirken. In der nachfolgenden Brennkammer NK, welche die beiden Schüttungssäulen FR und FL verbindet, kann die Temperatur mit Hilfe des Brenners B eingestellt werden, sofern diese bestimmte Werte unterschreitet. Der Brenner B wird mit einem geringen Teil 11 von Biogas versorgt. Die Verbrennungsluft wird über das interne Gebläse G2 des Brenners B zugeführt.According to 1 finds the cleaning of the moist exhaust gas 1 in a right-hand filling column FR and in a left-hand filling column FL, these being connected by a combustion chamber NK to a built-in gas burner B. The damp exhaust 1 mixes with the hot and largely purified exhaust gas 3 to a mixture exhaust gas 2 which is sucked in by a blower G1 and conveyed in a first phase via the open flap K1 into the inflow chamber SR of the right-hand filling column FR. There, the mixture exhaust gas is preheated in a first generator bed R1, to then arrive in the directly above the catalyst layer C1. Here a partially oxidative conversion of pollutants takes place. Thereafter, the mixture exhaust gas flows through a further Regeneratorschetung R2 arranged directly above the catalyst layer C1 in order to achieve higher temperatures and thereby to cause further oxidation of the pollutants. In the subsequent combustion chamber NK, which connects the two bed columns FR and FL, the temperature can be adjusted by means of the burner B, provided that this falls below certain values. The burner B is with a small part 11 powered by biogas. The combustion air is supplied via the internal blower G2 of the burner B.

Aus der Brennkammer NK wird über zwei Öffnungen und bei geöffneten Klappen K5 und K6 ein kleiner Teil des nun weitgehend gereinigten Gemischabgases abgezogen und dem ankommenden feuchten Abgas 1 zugemischt. Der größere Teil durchströmt zur Wärmerückgewinnung die Generatorschüttung R4 der linken Schüttungssäule FL und kühlt sich dabei ab. Es tritt dann in die darunter befindliche Katalysatorschicht ein, damit eine weitere oxydative Umsetzung der Schadstoffe stattfinden kann. Danach gibt das gereinigte Abgas Wärme an die unterhalb der Katalysatorschicht C2 angeordnete Generatorschüttung R3 ab und sammelt sich in der Ausströmkammer SL der linken Schüttungssäule FL. Von hier aus gelangt das gereinigte Abgas 4 über die geöffnete Klappe K2 in einen Kamin E.From the combustion chamber NK a small part of the now largely purified mixture exhaust gas is withdrawn via two openings and with open flaps K5 and K6 and the incoming moist exhaust gas 1 admixed. The larger part flows through the heat exchanger for the generator bed R4 of the left bed column FL and cools down. It then enters the underlying catalyst layer, so that a further oxidative conversion of pollutants can take place. Thereafter, the purified exhaust gas releases heat to the generator bed R3 arranged below the catalyst layer C2 and collects in the outflow chamber SL of the left bed column FL. From here comes the purified exhaust gas 4 over the opened flap K2 into a chimney E.

Nach einer bestimmten Periode wird zunächst das in den Schüttungssäulen befindliche Abgas über die geöffneten Klappen K5 und K6 für ein kurzes Zeitinterwall durch das Gebläse G1 umgewälzt, um eine vollständige Reinigung des in der Vorrichtung enthaltenen Abgases zu erlangen. In diesem Zeitinterwall wird kein zu reinigendes feuchtes Abgas 1 zuführt, und die Klappe K0 wird geschlossen. Eine Beschädigung des Gebläses durch die Höhe der Temperatur tritt nicht auf, da dieses Zeitinterwall sehr kurz ist.After a certain period, first, the exhaust gas in the bed columns is circulated through the open flaps K5 and K6 for a short time interval through the blower G1 to obtain complete purification of the exhaust gas contained in the apparatus. In this time interval, no wet exhaust gas to be cleaned 1 feeds, and the flap K0 is closed. Damage to the blower due to the level of temperature does not occur because this time interval is very short.

In der oben erwähnten Periode nimmt das Gemischabgas in der rechten Regeneratorschüttung Wärme auf und gibt in der linken Generatorschüttung FL Wärme ab. Nach dieser Periode und nach dem Zeitintervall zur Restreinigung des Abgases erfolgt eine Umschaltung zu einer zweiten Phase, und die Funktionen der beiden Schüttungssäulen werden vertauscht. Das Gemischabgas 2 tritt nun über die geöffnete Klappe K3 in die Einströmkammer SL der linken Schüttungssäule FL ein, während das gereinigte Abgas 4 über die geöffnete Klappe K4 in den Kamin E gelangt. Die Klappen K2 und K1 bleiben hierbei geschlossen. Die sonstigen Funktionen bleiben in analoger Weise bestehen.In the above-mentioned period, the mixture exhaust gas in the right regenerator bed receives heat and gives off heat in the left generator bed FL. After this period and after the time interval for the residual purification of the exhaust gas, a switchover to a second phase occurs, and the functions of the two bed columns are reversed. The mixture exhaust gas 2 Now enters via the open flap K3 in the inflow chamber SL of the left-side bed column FL, while the purified exhaust gas 4 via the open flap K4 in the chimney E passes. The flaps K2 and K1 remain closed. The other functions remain in an analogous way.

2 zeigt das Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die entscheidenden Prozessschritte wurden oben bereits beschrieben. Das feuchte und ungereinigte Abgas 1, welches aus einer sorptiven Aufbereitung von Biogas kommt, enthält in der Regel einen Methangehalt von 1–3 Vol.-% und ist nahezu mit Wasserdampf gesättigt. Zur Vermeidung einer Taupunktunterschreitung wird heißes und bereits weitgehend gereinigtes Abgas 3 (Temperatur 800–1000°C) zugemischt. Dieser Vorgang erfolgt geregelt über die Betätigung der Klappen K5 und K6 in Abhängigkeit der Gemischabgasfeuchte, die mittels CIC1.1 auf 70% eingestellt wird. Bei der Inbetriebnahme wird die Aufheizung der Vorrichtung mit Hilfe des Brenners B durchgeführt. In der ersten Periode werden in der Katalysatorschicht C1 ein Teil der Schadstoffe im Temperaturbereich 250–400°C oxydiert. Eine weitere Oxydation findet beim Durchströmen der Regeneratorschüttung R2 statt und ebenso in der nachfolgenden Brennkammer NK. Bei einem ausreichend hohen Methangehalt werden hier Temperaturen von 800–1000°C erreicht. Es handelt sichhierbei um einen autothermen Vorgang. Lediglich bei gelegentlichem Fehlen brennbarer Schadstoffe wird dieser Temperaturbereich mit Hilfe des Brenners B und über eine Temperaturmessung (TIC1.1) eingestellt. Hier können bereits der zur Zeit gültige Grenzwert von 50 mgC/Nm³ unterschritten werden. Eine weitere Reduzierung der Schadstoffkonzentration erfolgt in der Katalysatorschicht C2 (Temperaturbereich ebenso 400–250°C) zwischen den nachfolgenden Regeneratorschüttungen R4 und R3 für die Wärmeabgabe. 2 shows the flowchart of the method according to the invention. The decisive process steps have already been described above. The moist and unpurified exhaust gas 1 , which comes from a sorptive treatment of biogas, usually contains a methane content of 1-3 vol .-% and is almost saturated with water vapor. To avoid a dew point below hot and already largely purified exhaust gas 3 (Temperature 800-1000 ° C) mixed. This process is controlled by the actuation of the dampers K5 and K6 depending on the mixture exhaust gas humidity, which is set to 70% by means of CIC1.1. During startup, the heating of the device by means of the burner B is performed. In the first period, part of the pollutants in the temperature range 250-400 ° C are oxidized in the catalyst layer C1. Another oxidation takes place when flowing through the Regeneratorschüttung R2 and also in the subsequent combustion chamber NK. At a sufficiently high methane content temperatures of 800-1000 ° C are reached here. This is an autothermal process. Only in the case of occasional absence of combustible pollutants is this temperature range set with the aid of burner B and via a temperature measurement (TIC1.1). Here, the currently valid limit value of 50 mgC / Nm ³ can already be undercut. A further reduction of the pollutant concentration takes place in the catalyst layer C2 (temperature range also 400-250 ° C) between the following Regeneratorschüttungen R4 and R3 for heat dissipation.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht eine kompakte Aufstellung und verringert dadurch die Montage- und die Installationskosten. Durch die kompakte Anordnung der Komponenten kann die gesamte Vorrichtung vorteilhaft in einem Container untergebracht werden.The inventive device for carrying out the method according to the invention allows a compact installation and thereby reduces the installation and installation costs. Due to the compact arrangement of the components, the entire device can be advantageously accommodated in a container.

3 zeigt eine vorzugsweise Ausführung der Vorrichtung in perspektivischer Darstellung. Demnach kann die gesamte Vorrichtung auf einer Platte P montiert und z. B. in einem Container anschlussfertig untergebracht werden. Dargestellt sind in 3 ein Sammelbehälter A für das ungereinigte Abgas (erforderlich für Messzwecke), ein Raum R für einen Schaltschrank Sch und das Gebläse G1, ferner die Schüttungssäulen mit der Brennkammer NK und dem Brenner B, wobei in der linken Schüttungssäule die Regeneratorschüttungen R4 und R3 mit der dazwischen liegenden Katalysatorschicht C2 sowie der Aus- bzw. Einströmkammer SL gezeigt sind. Zu erkennen sind ferner die Rückführleitung für das heiße und weitgehend gereinigte Abgas 3 und die Reingasleitung für das gereinigte Abgas 4 verbunden mit dem Kamin E. 3 shows a preferred embodiment of the device in a perspective view. Thus, the entire device can be mounted on a plate P and z. B. be housed ready for connection in a container. Shown in 3 a collecting tank A for the unpurified exhaust gas (required for measurement purposes), a space R for a cabinet Sch and the blower G1, further the bedstocks with the combustion chamber NK and the burner B, wherein in the left-hand column the Regeneratorschüttungen R4 and R3 with the between lying catalyst layer C2 and the outflow and inlet chamber SL are shown. Evident are also the return line for the hot and largely purified exhaust 3 and the clean gas line for the purified exhaust gas 4 connected to the fireplace E.

Claims

Process for the catalytic, regenerative and thermal oxidation of flammable constituents in waste gases resulting from sorptive treatment of biogas with a methane content of up to 3% by volume, characterized by the following features: a) The moist exhaust gas arriving from the sorption process of the biogas upgrading 1 with a part of the hot, largely purified mixture exhaust gas 3 mixed with temperatures of 800-1000 ° C to another mixture exhaust gas 2 obtained with a relative humidity of 70% and this then by a regenerator column FR with the following contents in sequence: an inlet or outflow chamber SR, a generator bed R1 for a first heating of the mixture gas, a catalyst layer C1 as a first oxidation stage at temperatures of 250-400 ° C and a further generator bed R2 for further heating of the mixture gas to 800-1000 ° C to perform another oxidation in autothermal operation and thereby be able to fall below a limit of 50 mgC / Nm ³ ; b) the now largely purified exhaust gas is passed into a connected combustion chamber NK with a residence time of 1 s to perform there further oxidation, if occasionally a low pollutant concentration and therefore only a weak combustion can take place, the energy required to maintain the Temperatures 800-1000 ° C by one with biogas 11 operated burner B is fed and at the same time a part 3 of the largely purified exhaust gas of the combustion chamber NK removed and the unpurified exhaust gas 1 is mixed; c) for heat recovery and for further purification flows through the mixture exhaust gas a second connected to the combustion chamber NK regenerator FL with the same contents as in the regenerator column FR and in the order consisting of a generator bed R4 for heat absorption, a catalyst layer C2 in the temperature range 250-400 ° C to reduce the pollutant content below 20 mgC / Nm ³ , another generator bed R3 for further heat absorption and finally an outflow or inlet chamber SL, from which the purified exhaust gas 4 discharged and passed through a fireplace E to the outside; d) after a period of 2 minutes, the mixture exhaust gas is circulated through the two regenerator columns for 20 seconds to achieve purification of the mixture exhaust gas contained therein, then the functions of the regenerator columns FR and FL are reversed so that the mixture exhaust gas 2 first passes into the generator column FL and as purified exhaust gas 4 leaves the generator column FR at a temperature of 90 ° C.

A method according to claim 1, characterized in that the adjustment of the relative humidity of the mixture exhaust gas 2 by volume control of the hot exhaust gas 3 from the combustion chamber NK (CIC1.1).

A method according to claim 1, characterized in that the temperature in the combustion chamber NK (TIC1.1) is maintained via the flow control of the biogas.

A method according to claim 3, characterized in that in the autothermal operation of the off burner with an air flow 6 is cooled.

Apparatus for carrying out the method consisting of two generator columns FR and FL connected to one another via a combustion chamber NK equipped with a burner B, each having two identical generator beds R1, R2 or R3, R4 and having a catalyst layer C1 or C2 arranged therebetween, characterized that the combustion chamber NK through two lines in which the flaps K5 and K6 are located, to transport the hot, largely purified exhaust gas 3 as well as the line for the unpurified exhaust gas 1 are connected to the suction side of the blower G1, which in turn to promote the mixture exhaust gas 2 on the outlet side via two lines in which the flaps K1 and K3 are located, with the generator columns FR and FL is in communication, and that the generator columns FR and FL through two lines in which the flaps K2 and K4 are located on a common for blowing out the purified exhaust gas 4 provided, line are connected, this line is connected to a chimney E.

Apparatus according to claim 5, characterized in that each generator bed R1, R2, R3 or R4 consist of two layers, being preferably used as storage elements cuboid, ceramic body having a plurality of vertical channels.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the arranged between the generator beds catalyst layers C1 and C2 are preferably made honeycomb and can even work as storage elements.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the Regeneratorsäulen FR and FL and the combustion chamber NK preferably have a rectangular cross-section.

Apparatus according to claim 5, characterized in that all components listed in the preceding claims are preferably housed in a container.